(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出範囲に光を照射し、該検出範囲に存在する物体からの反射光により当該物体を検出する物体検出システムであって、
前記検出範囲に光を照射する光照射部と、
前記検出範囲の方向に対して傾斜動する可動鏡面と、
前記検出範囲からの反射光を透過する透過窓の周囲を囲む遮光部材からなり、前記可動鏡面への入射光を前記検出範囲からの反射光に制限する遮光部と、
固定鏡面を介して前記可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを受光する受光部とを備え、
前記可動鏡面は一方向に揺動して傾斜し、前記検出範囲は当該方向を長手方向とする細長い範囲であり、前記可動鏡面及び前記受光部が、同一部材に設けられ、
前記透過窓及び前記固定鏡面は、同一部材に設けられ、且つ前記受光部および可動鏡面と対向して位置し、
前記透過窓、前記可動鏡面、前記固定鏡面及び前記受光部が、前記検出範囲から見て前記検出範囲の長手方向に沿って一直線にこの順に並ぶように配置され、
前記受光部が前記反射光を受光したときの前記可動鏡面の傾斜角度から該傾斜角度に対応した方向に物体が存在することを検出することを特徴とする物体検出システム。
【請求項２】
前記可動鏡面は、圧電アクチュエータにより傾斜動することを特徴とする請求項１記載の物体検出システム。
【請求項３】
細長い範囲の検出範囲に光を照射し、該検出範囲に存在する物体からの反射光により当該物体を検出する物体検出方法であって、
可動鏡面及び受光部が同一部材に設けられ、透過窓及び固定鏡面が、同一部材に設けられ、且つ前記受光部及び前記可動鏡面と対向して位置し、前記透過窓、前記可動鏡面、前記固定鏡面及び前記受光部が、前記検出範囲から見て前記検出範囲の長手方向に沿って一直線にこの順に並ぶように配置されており、
前記反射光が遮光部材で周囲を囲まれた前記透過窓を透過し、該反射光が前記検出範囲の長手方向に揺動して傾斜する前記可動鏡面にて反射され、前記可動鏡面からの反射光のうち、前記固定鏡面を介して所定方向からの反射光のみを前記受光部が受光し、前記受光部が当該反射光を受光したときの前記可動鏡面の傾斜角度から、該傾斜角度に対応した方向に物体が存在することを検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項４】
検出範囲に光を照射し、該検出範囲に存在する物体からの反射光により当該物体を検出する物体検出システムに用いられる受光装置であって、
前記検出範囲からの反射光を透過する透過窓の周囲を囲む遮光部材からなり、前記検出範囲の方向に対して傾斜動する可動鏡面と、
前記可動鏡面への入射光を制限する遮光部と、
前記可動鏡面と対向する位置に設けられた固定鏡面と、
前記固定鏡面と対向する位置に設けられ、前記固定鏡面を介して前記可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを受光する受光部とを備え、
前記可動鏡面は一方向に揺動して傾斜し、前記検出範囲は当該方向を長手方向とする細長い範囲であり、前記可動鏡面及び前記受光部が、同一部材に設けられ、
前記透過窓及び前記固定鏡面は、同一部材に設けられ、且つ前記受光部および可動鏡面と対向して位置し、
前記透過窓、前記可動鏡面、前記固定鏡面及び前記受光部が、前記検出範囲から見て前記検出範囲の長手方向に沿って一直線にこの順に並ぶように配置されることを特徴とする受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出範囲内に物体が存在することを当該物体からの反射光により検出する物体検出システム及び方法と、これらに用いられる受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
踏切内などの障害物検出やトイレ、エレベータなどの人体検出は、所定の検出範囲内に障害物や人体等の物体が存在するか否かが検出される。また、被検出物体の位置や大きさが検出されることもある。
【０００３】
このような物体検出システムとして、特許文献１には、照射範囲が細長くなるように光を照射する発光部と、照射範囲の長手方向に沿って細長く配置された受光素子を有する受光部とからなる物体端位置検出センサが開示されている。この物体端位置検出センサは、受光素子への入射光の重心位置を検出することにより、被検出物体の端位置を検出している。また、検出範囲内の被検出物体の有無や大きさを検出することも原理的には可能である。なお、被検出物体の有無の相違による検出範囲内からの反射光のコントラストを得るために、受光素子の受光面に対して検出範囲からの反射光を結像させる必要があるので、被検出物体と受光素子との間に光学レンズを設けている。
【０００４】
一方、特許文献２には、レーザ光をガルバノミラー等により２次元的に周期的に偏向させ、小さなスポット光を照射して検知範囲をスキャンし、反射光量を基準値と比較することにより、障害物を検知する障害物検知装置が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１２２０５８号公報
【特許文献２】特開２０００−０１９２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された物体端位置検出センサにおいては、被検出物体と受光素子との間に検出範囲に応じた光学レンズを必ず設ける必要がある。この光学レンズには部品寸法や組み立てに高い精度が要求されるので、物体端位置検出センサの構造が複雑化し、コストが上昇するという問題がある。また、光学レンズと受光素子との間には分解能に応じた距離が必要となるので、物体端位置検出センサの小型化が困難であるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された障害物検知装置においては、小さなスポット光を実現するため、発光寸法が小さなレーザ光源を使用して、光学レンズなどにより概略平行光として照射する必要がある。このような光学系を構築するためには、部品寸法や組み立てに高い精度が要求されるので、コストが上昇するという問題がある。さらに、レーザ光を使用しているので、眼に対する安全性が懸念されるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、低コストで小型化が可能でありレーザ光を使用しない物体検出システム及び方法と、これらに用いられる受光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の物体検出システムは、検出範囲に光を照射し、該検出範囲に存在する物体からの反射光により当該物体を検出する物体検出システムであって、前記検出範囲に光を照射する光照射部と、前記検出範囲の方向に対して傾斜動する可動鏡面と、前記可動鏡面への入射光を前記検出範囲からの反射光に制限する遮光部と、前記可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを受光する受光部とを備え、前記受光部が前記反射光を受光したときの前記可動鏡面の傾斜角度から該傾斜角度に対応した方向に物体が存在することを検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明の物体検出システムによれば、遮光部にて制限され且つ可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを受光部で受光する。そのため、可動鏡面を傾斜させて検出方向を定め全検出範囲のうちの微小な範囲を検出範囲とし、遮光部と可動鏡面とが受光部にて受光される光を選択する絞り作用を果たすので、受光部は概略平行な光を受光する。よって、散乱などによる光ノイズを低減され、検出範囲内の物体の存在を精度良く検出することが可能となる。
【００１０】
さらに、全検出範囲のうちの微小な範囲からの反射光を受光部で受光するため、特許文献１に開示された物体端位置検出センサのように、物体と受光部との間に光学レンズを設ける必要がない。そのため、構成が単純であるとともに構成部品の部品寸法や組み立てに高い精度が要求されないので、低コスト化が可能となる。
【００１１】
さらに、受光部は微小な範囲で光を受光すればよいので、特許文献１に開示された物体端位置検出センサのように複数の光電変換素子から受光部を構成する必要がなく、１つの光電変換素子から受光部を構成することができる。そのため、光電変換素子間の変換特性やその経時劣化の差異に応じて調整を行う必要がないので、物体の存在をより簡易に検出することが可能となる。
【００１２】
さらに、光照射部は、特許文献２に開示された障害物検知装置のように概略平行光を照射する必要がない。そのため、光照射部の構成部品の部品寸法や組み立てに高い精度が要求されないとともに構成が単純であり、市販の光照射装置を用いることが可能であるので、低コスト化が可能となる。さらに、光照射部は、特許文献２に開示された障害物検知装置のようにスポット光とするためにレーザ光源を使用する必要がない。そのため、レーザ光による眼に対する安全性が懸念されない。
【００１３】
また、本発明の物体検出システムにおいて、前記可動鏡面は一方向に揺動して傾斜し、前記検出範囲は当該方向を長手方向とする細長い範囲である。
【００１４】
これによれば、検出範囲の幅が狭いので、検出範囲外に存在する物体により散乱された光が受光部に受光されることを抑えることができるため、検出範囲内の物体の存在をより精度良く検出することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の物体検出システムにおいて、前記可動鏡面は、圧電アクチュエータにより傾斜動することが好ましい。
【００１６】
この場合、圧電アクチュエータに印加する駆動電圧により可動鏡面の傾斜動を制御することができるので、制御の容易化が可能となる。
【００１７】
また、本発明の物体検出システムにおいて、前記可動鏡面及び前記受光部は、同一部材に設けられる。
【００１８】
これによれば、可動鏡面と受光部との位置合せを容易に行うことができる。さらに、可動鏡面と受光部とを同時に実装することもできる。これらにより、低コスト化が可能となる。
【００１９】
また、本発明の物体検出システムにおいて、前記受光部は、固定鏡面を介して前記可動鏡面にて反射された所定方向からの反射光を受光する。
【００２０】
これによれば、可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみが、さらに固定鏡面を介して受光部に受光される。そのため、固定鏡面も受光部にて受光される光を選択する絞り作用を果たすので、受光部はより平行に近い光を受光する。よって、散乱などによる光ノイズを低減され、検出範囲内の物体の存在をさらに精度良く検出することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の物体検出システムにおいて、前記遮光部は、前記検出範囲からの反射光を透過する透過窓の周囲を囲む遮光部材からなり、前記透過窓及び前記固定鏡面は、同一部材に設けられ、且つ前記受光部及び可動鏡面と対向して位置する。
【００２２】
これによれば、可動鏡面への入射光を透過窓を透過した光に制限するため、検出範囲を透過窓で限定することになるので、遮光部による絞り作用を果たす構成を簡易に実現することが可能となる。さらに、透過窓と固定鏡面との位置合せを容易に行うことできるため、低コスト化が可能となる。さらに、可動鏡面及び受光部とこれらに対向する透過窓及び固定鏡面との間の距離は、特許文献１に開示された物体端位置検出センサのように分解能に応じた距離を必要としないので、小型化が可能となる。
【００２３】
また、本発明の物体検出システムにおいて、前記透過窓、前記可動鏡面、前記固定鏡面及び前記受光部が、前記検出範囲から見て前記検出範囲の長手方向に沿って一直線にこの順に並ぶように配置される。
【００２４】
これによれば、可動鏡面、固定鏡面及び受光部、さらに透過窓の位置合せを容易に行うことできるため、低コスト化が可能となる。さらに、検出範囲から見た幅方向の寸法を最小化できるので、小型化が可能となる。
【００２５】
本発明の物体検出方法は、細長い範囲の検出範囲に光を照射し、該検出範囲に存在する物体からの反射光により当該物体を検出する物体検出方法であって、可動鏡面及び受光部が同一部材に設けられ、透過窓及び固定鏡面が、同一部材に設けられ、且つ前記受光部及び前記可動鏡面と対向して位置し、前記透過窓、前記可動鏡面、前記固定鏡面及び前記受光部が、前記検出範囲から見て前記検出範囲の長手方向に沿って一直線にこの順に並ぶように配置されており、前記反射光が遮光部材で周囲を囲まれた前記透過窓を透過し、該反射光が前記検出範囲の長手方向に揺動して傾斜する前記可動鏡面にて反射され、前記可動鏡面からの反射光のうち、前記固定鏡面を介して所定方向からの反射光のみを前記受光部が受光し、前記受光部が当該反射光を受光したときの前記可動鏡面の傾斜角度から、該傾斜角度に対応した方向に物体が存在することを検出することを特徴とする。
【００２６】
本発明の物体検出方法によれば、透過窓を透過し且つ可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを受光部で受光する。そのため、可動鏡面を傾斜させて検出方向を定め微小な範囲を検出範囲とし、透過窓と可動鏡面とが受光部にて受光される光を選択する絞り作用を果たすので、受光部は概略平行な光を受光する。よって、散乱などによる光ノイズを低減され、検出方向に位置する物体の存在を精度良く検出することが可能となる。
【００２７】
本発明の受光装置は、検出範囲に光を照射し、該検出範囲に存在する物体からの反射光により当該物体を検出する物体検出システムに用いられる受光装置であって、前記検出範囲からの反射光を透過する透過窓の周囲を囲む遮光部材からなり、前記検出範囲の方向に対して傾斜動する可動鏡面と、前記可動鏡面への入射光を制限する遮光部と、前記可動鏡面と対向する位置に設けられた固定鏡面と、前記固定鏡面と対向する位置に設けられ、前記固定鏡面を介して前記可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを受光する受光部とを備え、前記可動鏡面は一方向に揺動して傾斜し、前記検出範囲は当該方向を長手方向とする細長い範囲であり、前記可動鏡面及び前記受光部が、同一部材に設けられ、前記透過窓及び前記固定鏡面は、同一部材に設けられ、且つ前記受光部および可動鏡面と対向して位置し、前記透過窓、前記可動鏡面、前記固定鏡面及び前記受光部が、前記検出範囲から見て前記検出範囲の長手方向に沿って一直線にこの順に並ぶように配置されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の受光装置によれば、遮光部にて制限され且つ可動鏡面にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを固定鏡面を介して受光部で受光する。そのため、可動鏡面を傾斜させて検出方向を定め微小な範囲を検出範囲とし、遮光部、可動鏡面及び固定鏡面が受光部にて受光される光を選択する絞り作用を果たすので、受光部は概略平行な光を受光する。よって、散乱などによる光ノイズが低減され、検出方向に位置する物体の存在を精度良く検出することが可能となる。さらに、検出範囲に光を照射する光照射装置は受光部の感度波長範囲内の光を照射する装置であればよいので、幅広い種類の光照射装置と組み合わせて用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
〔第１実施形態〕
以下、添付の図面を参照しながら本発明の第１実施形態の物体検出システムについて説明する。なお、本発明の第１実施形態の物体検出方法は、当該物体検出システムにおいて用いられる方法であり、本発明の第１実施形態の受光装置は、当該物体検出システムにおける受光装置である。
【００３０】
図１を参照するように、本発明の第１実施形態の物体検出システムは、検出範囲Ｒに光を照射する光照射装置（光照射部）１０と、検出範囲Ｒに存在する物体（被検出物体）Ｗからの反射光を受光する受光装置２０と、光照射装置１０及び受光装置２０を制御するとともに物体Ｗを検出する制御装置３０とを備えている。なお、検出可能な物体Ｗは、光を散乱反射する物体であり、その表面が鏡面や光吸収体でない物体である。一般にこれらの特別な表面光学特性を有する物質は稀であり、本発明では検出対象としていない。
【００３１】
光照射装置１０は、細長い線状の検出範囲Ｒ（ｒＢ〜ｒＡ〜ｒＣの範囲）を含む照射範囲に光を照射する。光照射装置１０は、少なくとも検出範囲Ｒ全体に渡って光強度がほぼ一様となるように、概略線状もしくは長円状等の照射範囲に赤色光、赤外光、遠赤外光などの光を照射する。光照射装置１０の光源には、赤色波長領域、赤外波長領域、遠赤外波長領域等の光を放出するＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）などが用いられる。光照射装置１０は、このような光源と、シンドリカルレンズやトーリックレンズなど光放出方向に対して非回転対称なレンズとの組み合わせにより構成される。なお、光照射装置１０は、凹レンズやスリット板を光源と組み合わせて構成してもよい。ＬＥＤから放出される光は、レーザ光と異なり、人間の眼に対する安全性が懸念されることはない。
【００３２】
受光装置２０は、図２及び図３を参照するように、検出範囲Ｒの方向に対して傾斜動する可動鏡面Ｍ１と、可動鏡面Ｍ１への入射光を検出範囲Ｒからの反射光に制限する遮光部２１と、可動鏡面Ｍ１にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみが入射される固定鏡面Ｍ２と、固定鏡面Ｍ２にて反射された反射光を受光する受光部２２とを備えている。
【００３３】
受光装置２０は、その全体を１つのパッケージとして構成されており、その底部を構成するパッケージ基板２３と、その上部を構成するパッケージカバー２４とを備えている。パッケージ基板２３は、エポキシ樹脂などからなるものであり、その上面には可動鏡面Ｍ１及び受光部２２が設けられている。パッケージカバー２４は、アルミニウムなどの金属製の角型ステムを用いたものであり、その底部はパッケージ基板２３に取り付け固定するために外方に折曲されており、その頂部は天板２５を取り付け固定するために内方に折曲されている。パッケージカバー２４は、パッケージ基板２３に形成された段差部にて位置合わせされることにより、パッケージカバー２４とパッケージ基板２３との位置合わせが行われた状態で接着などにより固定される。天板２５は、パッケージカバー２４の内方に折曲された部分の下面に接着などにより固定されており、その下面には遮光部２１及び固定鏡面Ｍ２が設けられている。なお、パッケージ基板２３とパッケージカバー２４、及びパッケージカバー２４と天板２５は、これらの隙間から光が入らないように遮光性のある封止材にて隙間が封止されている。パッケージ基板２３の上面やパッケージカバー２４の内面は、受光部２２の感度波長範囲内において光を反射しないことが望ましく、必要に応じて光吸収体の貼り付けなどを行ってもよい。
【００３４】
可動鏡面Ｍ１は、光偏向素子２６の一部として、すなわち光偏向素子２６に印加された駆動電圧により水平な揺動中心軸Ｏを中心に一方向に揺動する揺動ミラー２６ａの表面に位置する平らな鏡面として構成されている。可動鏡面Ｍ１は、数ミリ角程度の微小な矩形状であり、揺動ミラー２６ａの揺動に伴い傾斜動する。図４を参照するように、揺動ミラー２６ａが水平であり、可動鏡面Ｍ１が傾斜しておらず水平なとき、可動鏡面Ｍ１は検出範囲ＲのうちＡ方向からの光のみを固定鏡面Ｍ２の方向に反射し、微小な範囲ｒＡを検出範囲とする。この時、他の例えばＢ、Ｃ方向からの光は可動鏡面Ｍ１を介して固定鏡面Ｍ２の方向には反射されない。一方、図５を参照するように、揺動ミラー２６ａが水平状態から揺動し、可動鏡面Ｍ１が水平方向から∠ＡＯＣの１／２だけＣ方向（図中左方向）に傾斜したとき、可動鏡面Ｍ１は検出範囲ＲのうちＣ方向からの光のみを固定鏡面Ｍ２の方向に反射し、微小な範囲ｒＣを検出範囲とする。この時、他の例えばＡ、Ｂ方向からの光は可動鏡面Ｍ１を介して固定鏡面Ｍ２の方向には反射されない。一方、図６を参照するように、揺動ミラー２６ａが水平状態から揺動し、可動鏡面Ｍ１が水平方向から∠∠ＡＯＣの１／２だけＢ方向（図中右方向）に傾斜したとき、可動鏡面Ｍ１は検出範囲ＲのうちＢ方向からの光のみを固定鏡面Ｍ２の方向に反射し、微小な範囲ｒＢを検出範囲とする。この時、他の例えばＡ、Ｃ方向からの光は可動鏡面Ｍ１を介して固定鏡面Ｍ２の方向には反射されない。このように、可動鏡面Ｍ１は固定鏡面Ｍ２の方向に反射させる光の入射方向を選択する絞り作用を果たす。
【００３５】
光偏向素子２６は、特開２０００−１２８１４７号公報を参照するように、電気的に揺動可能な揺動ミラー２６ａ、この揺動ミラー２６ａに連結されたトーションバー２６ｂ、及び揺動ミラー２６ａを駆動する２対の圧電アクチュエータ２６ｃを備えており、半導体微細加工プロセスを利用して形成されている。光偏向素子２６は、可動鏡面Ｍ１以外の表面は受光部２２の感度波長範囲内において光を反射しない材質からなることが望ましく、必要に応じて別途成膜などの処理を施してもよい。光偏向素子２６は、パッケージ基板２３の上面に導電性熱硬化エポキシ樹脂などにより固定されるとともに、その圧電アクチュエータ２６ｃの電極がワイヤーボンディグによりパッケージ基板２３上に設けられた導電性のパッド２７に接続される。パッド２７はパッケージ基板２３の底に向けて電気的に貫通しており、外部回路と電気的に接続される。なお、パッケージ基板２３には、光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａの直下に凹部２６ｄが設けられており、揺動ミラー２６ａが揺動するための空間が確保されている。ただし、揺動ミラー２６ａの揺動がパッケージ基板２３と物理的に干渉しない位置関係を確保できるときには、凹部２６ｄを設ける必要はない。
【００３６】
遮光部２１は、図７を参照するように、検出範囲Ｒからの反射光を透過する透過窓２８の周囲を囲む遮光部材からなり、可動鏡面Ｍ１への入射光を検出範囲Ｒからの反射光に制限する。遮光部２１は、受光装置２０の上部を構成するパッケージカバー２４の水平な天板２５に設けられている。天板２には、例えば、受光部２２の感度波長範囲内において光透過性のあるガラスなどからなる透明平板を使用している。そして、透過窓２８として機能する一部の範囲を残して、天板２５の表面（内面、外面または内外両面）に遮光部材を塗布または蒸着することなどにより、遮光部２１を構成している。なお、遮光部２１を、遮光性を有する平板を使用し、透過窓２８として機能する部分に開口を設けてガラス板を嵌め込むなどにより構成してもよい。なお、透過窓２８を単に開口として設けてもよいが、この開口から受光装置２０内部に塵埃などが入り込む不都合が生じる。
【００３７】
透過窓２８は、可動鏡面Ｍ１が固定鏡面Ｍ２の方向に光を反射することが可能な範囲より狭い方向からの光のみを透過して可動鏡面Ｍ１に入射させるように制限する。この透過窓２８を透過して可動鏡面Ｍ１に反射光を入射させることが可能な範囲であり、且つ光照射装置１０の照射範囲である範囲が、検出範囲Ｒである。すなわち、透過窓２８は検出範囲Ｒを規定する検出窓として機能する。透過窓２８は、具体的には、可動鏡面Ｍ１の視野範囲を揺動中心Ｏを中心としたＢ〜Ａ〜Ｃの方向に限定する作用を果たす。さらに、透過窓２８は、検出範囲Ｒ以外に位置する物体Ｗから散乱反射された散乱光が可動鏡面Ｍ１に入射されることを防止する絞り作用を果たしており、この作用はいわば外乱ノイズを低減させる前処理となる。
【００３８】
固定鏡面Ｍ２は、可動鏡面Ｍ１から入射される所定方向からの反射光のみを受光部２２の方向に反射する。固定鏡面Ｍ２は、可動鏡面Ｍ１と概略同形状の微小な平らな鏡面として、可動鏡面Ｍ１と対向するように水平に固定して設けられている。固定鏡面Ｍ２を介して受光部２２の方向に反射される光は、可動鏡面Ｍ１への入射光のうち固定鏡面Ｍ２の方向に反射された光のみであるので、固定鏡面Ｍ２は、受光部２２の方向に反射させる光の入射方向を選択する絞り作用を果たす。固定鏡面Ｍ２は、遮光部２１を構成したパッケージカバー２４の天板２５の下面に、金属蒸着または金属箔を貼り付けることにより構成されている。
【００３９】
受光部２２は、可動鏡面Ｍ１にて反射された反射光のうち所定方向からの反射光のみを固定鏡面Ｍ２を介して受光する。受光部２２は、固定鏡面Ｍ２に反射されて当該受光部２２に方向に向う光を全て受光するように、実装精度とノイズ光レベルの許容範囲で、可動鏡面Ｍ１や固定鏡面Ｍ２よりやや大きな形状とすることが好ましい。固定鏡面Ｍ２がパッケージカバー２４の天板２５の下面に水平に固定されているので、受光部２２の受光面は、固定鏡面Ｍ２の中心に垂直な面に対して可動鏡面Ｍ１と対称となるように水平に固定されている。
【００４０】
受光部２２には、光を電流に変換する光電変換素子２９が設けられている。光電変換素子２９としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。また、光照射装置１０が赤外光や遠赤外光を照射する場合には、光電変換素子２９として、赤外線素子や遠赤外線素子を用いることもできる。光電変換素子２９は、パッケージ基板２３の上面に光偏向素子２６と並べて導電性熱硬化エポキシ樹脂などにより固定されるとともに、その電極がワイヤーボンディグによりパッケージ基板２３上に設けられた導電性のパッド２７に接続されている。パッド２７はパッケージ基板２３の底に向けて電気的に貫通しており、外部の制御装置３０と電気的に接続される。受光面に受光された光は光電変換素子２９にてその光強度に応じた光強度信号に変換され、得られた光強度信号は受光装置２０外部の制御装置３０に送り出され、受光された光強度に関する情報が制御装置３０にて得られる。
【００４１】
受光装置２０は、以上のように構成されているので、上方から見たとき、あるいは検出範囲Ｒ側から見たとき、透過窓２８、可動鏡面Ｍ１、固定鏡面Ｍ２及び受光部２２が、透過窓２８の長手方向に沿って一直線となるように、この順序で並ぶように配置されている。この順序は検出範囲Ｒ側からの光がたどる順序と同一であり、この光の光路が受光装置２０内にて交差等しないように受光装置２０が構成されていることを示している。そして、受光部２２にて受光する光の光路のうち、可動鏡面Ｍ１から固定鏡面Ｍ２を介して受光部２２に至るまでの光路は、可動鏡面Ｍ１の傾斜角度に拘わらず同じである。そのため、受光部２２にて受光する光の光強度は、可動鏡面Ｍ１に入射される光の光強度に応じ且つ固定鏡面Ｍ２の絞り作用にてノイズが除去されたものとなる。
【００４２】
制御装置３０は、図１を参照するように、光照射装置１０及び受光装置２０を制御するとともに物体Ｗを検出する。制御装置３０は、ＣＰＵなどの演算手段、処理手段及びメモリ等により構成されており、基準クロックに基づきタイミング信号の発生や各種制御信号の生成や受信を行う。制御装置３０は、光照射装置１０に光を照射させる光照射手段３１、光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａを揺動させる揺動手段３２、光偏向素子２６のミラー２６ａを揺動駆動させる駆動回路３３、物体Ｗを検出する検出手段３４を備えている。
【００４３】
光照射手段３１は、光源から所定光強度の光を照射するように光照射信号を光照射装置１０に供給する。
【００４４】
揺動手段３２は、光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａを所定の周期及び傾斜範囲にて揺動させるように揺動信号を駆動回路３３に供給する。駆動回路３３は、揺動信号を受信して、光偏向素子２６の特性に合わせた駆動電圧を光偏向素子２６に印加する。駆動回路３３は、例えば、図８を参照するように、一定の比率で上昇下降を繰り返す三角波形状の駆動電圧を光偏向素子２６の各圧電アクチュエータ２６ｃの電極に正負対になるように印加する。本光偏向素子２６においては圧電アクチュエータ２６ｃに印加された駆動電圧と揺動ミラー２６ａの傾斜角度とは比例関係にあるので、揺動ミラー２６ａ表面の可動鏡面Ｍ１は一定の傾斜角速度にて一定の傾斜角範囲内を周期的に揺動する。印加電圧が低レベルのＶＢ時には可動鏡面Ｍ１は検出範囲ＲのうちＢ方向からの光のみを固定鏡面Ｍ２の方向に反射し、Ｂ方向を検出範囲ｒＢとする。同様に、印加電圧が中レベルのＶＡ時にはＡ方向を検出範囲ｒＡとし、印加電圧が高レベルのＶＣ時にはＣ方向を検出範囲ｒＣとする。このように、揺動手段３２が供給する揺動信号により、光偏向素子２６のミラー２６ａを揺動させて、検出範囲Ｒを走査している。
【００４５】
検出手段３４は、光電変換素子２９にて光強度に応じて変換された光強度信号を受信し、メモリに格納されている光ノイズ等の誤差を考慮した閾値と比較して、検出範囲Ｒに物体Ｗが存在するか否かを検出する。検出手段３４は、タイミング信号を参照して、揺動手段３２から駆動回路３３に供給した揺動信号と光電変換素子２９から受信した光強度信号とから、可動鏡面Ｍ１の傾斜角度にて定める方向の検出範囲ｒに物体Ｗが存在するか否かを検出する。ミラー２６ａの揺動に伴い検出方向が変化し全検出範囲Ｒがスキャンされるので、全検出範囲Ｒのうちどの範囲に物体Ｗが存在するかを検出することもできる。例えば、物体ＷがＡ方向に存在するとき、図９を参照するように、光偏向素子２６に中レベルの駆動電圧ＶＡが印加されている時にピークのある光強度信号のレベル波形が得られる。物体Ｗは実際には固有の大きさを有しており、検出範囲ｒの方向にも幅があるので、検出範囲ｒの方向がＡ方向からずれた場合であっても、検出範囲ｒの一部に物体Ｗの一部が存在するので、なだらかな波形となっている。また、これに基づき、物体Ｗの大きさも検出することができる。なお、図９に示すグラフは光強度信号のレベル波形が連続しているが、実際には検出時間ごとに光強度信号のレベルが得られる。
【００４６】
さらに、制御装置３０は、図示しないが、検出手段３４が検出範囲Ｒ内に物体Ｗが存在することを検出したときに、その旨を、アラームやランプ等の報知手段にて報知させても、ディスプレイやプリンタ等の出力手段から出力させてもよい。
【００４７】
以上のように構成された第１実施形態の物体検出システムによれば、光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａを揺動させ可動鏡面Ｍ１を傾斜させ検出方向を定めて全検出範囲Ｒのうちの微小な範囲を検出範囲ｒとし、遮光部２１、可動鏡面Ｍ１及び固定鏡面Ｍ２が受光部２２にて受光させる光を選択する絞り作用を果たすことにより、受光部２２にて受光される光を概略平行光としている。そのため、散乱などによる光ノイズを低減され、検出範囲Ｒ内の物体Ｗの存在を精度良く検出することができる。
【００４８】
また、受光装置２０の透過窓２８、可動鏡面Ｍ１、固定鏡面Ｍ２及び受光部２２が、透過窓２８の長手方向に沿って一直線となるように配置されているとともに、可動鏡面Ｍ１を構成する光偏向素子２６と受光部２２が同一部材であるパッケージ基板２３に、透過窓２８及び固定鏡面Ｍ２が同一部材であるパッケージカバー２４にそれぞれ設けられているので、これらの位置合せを容易に行うことできる。さらに、受光部２２は受光する光に対してやや大きな面積の受光面を有しているので、受光部２２の取り付けには高い精度が要求されない。さらに、特許文献１に開示された物体端位置検出センサのように、物体Ｗと受光部２２との間に光学レンズを設ける必要がない。さらに、光偏向素子２６と受光部２２の取り付け面がパッケージ基板２３の上面であり同一であるので、これらを同時に実装することが可能である。これらにより、受光装置２０は、構成が単純であるとともに構成部品の部品寸法や組み立てに高い精度が要求されないので、受光装置２０ならびに物体検出システムを低コストにて提供することができる。
【００４９】
また、受光装置２０において、その可動鏡面Ｍ１及び受光部２２とこれらに対向する透過窓２８及び固定鏡面Ｍ２との間の距離は、可動鏡面Ｍ１と受光部２２とを並べて設けることが可能な距離であればよい。よって、特許文献１に開示された物体端位置検出センサのように分解能に応じた距離を必要としないので、高さの低い小型の受光装置２０を低コストにて提供することができる。
【００５０】
また、受光装置２０の受光部２２を１つの光電変換素子２９から構成することができる。そのため、特許文献１に開示された物体端位置検出センサのように複数の光電変換素子２９から受光部２２を構成する場合に比べて、光電変換素子２９間の変換特性やその経時劣化の差異に応じて調整を行う必要がないので、検出手段３４をより簡易にすることができる。なお、受光装置２０の受光部２２を複数の光電変換素子２９から構成してもよい。
【００５１】
また、光照射装置１０は、特許文献２に開示された障害物検知装置のように概略平行光を照射する必要がない。そのため、光照射装置１０の構成部品の部品寸法や組み立てに高い精度が要求されないともに構成が単純であり、市販の光照射装置を用いることが可能であるので、物体検出システムを低コストにて提供することができる。さらに、光照射装置１０は、特許文献２に開示された障害物検知装置のようにスポット光とするためにレーザ光源を使用する必要がない。そのため、眼に対する安全性が懸念されない。
〔第２実施形態〕
以下、添付の図面を参照しながら本発明の第２実施形態の物体検出システムについて説明する。この物体検出システムは、上述した第１実施形態の物体検出システムと類似するので、異なる点についてのみ説明する。なお、本発明の第２実施形態の物体検出方法は、当該物体検出システムにおいて用いられる方法であり、本発明の第２実施形態の受光装置は、当該物体検出システムにおける受光装置である。
【００５２】
図１０を参照するように、本発明の第２実施形態の物体検出システムは、検出範囲Ｒに光を照射する光照射装置（光照射部）１０と、検出範囲Ｒに存在する物体Ｗからの反射光を受光する受光装置４０と、光照射装置１０及び受光装置４０を制御するとともに物体Ｗを検出する制御装置５０とを備えている。そして、第１実施形態の物体検出システムにおける制御装置３０に備わっていた駆動回路３３が制御装置５０ではなく受光装置４０に備わっている点のみが、第１実施形態の物体検出システムと異なる。
【００５３】
図１１を参照するように、光偏向素子２６、受光部２２及び駆動回路３３が一枚のシリコン上に並べて形成されており、モノシリック構成となっている。そして、光偏向素子２６、受光部２２及び駆動回路３３が形成されたシリコンは、パッケージ基板２３の上面に熱硬化エポキシ樹脂などにより固定されるとともに、その電極がワイヤーボンディグによりパッケージ基板２３上に設けられた導電性のパッド２７に接続されている。
【００５４】
以上のように構成された第２実施形態の物体検出システムによれば、上述した第１実施形態の物体検出システムと同様の効果がある。さらに、光偏向素子２６、受光部２２及び駆動回路３３がモノシリック構成にて形成されているので、これらを半導体微細加工プロセスを利用して同時に設けることが可能である。また、駆動回路３３の取り付け面が光偏向素子２６や受光部２２の取り付け面と同一のパッケージ基板２３の上面であるので、これらを同時に実装することが可能である。これらのため、受光装置４０ならびに物体検出システムをさらに低コストにて提供することができる。
【００５５】
なお、上述した第１及び第２実施形態の物体検出システム、物体検出方法及び受光装置２０は、車載用の乗員検出システム、トイレ、エレベータ、自動改札装置等の人体検出システム、防犯装置の人体検出システム、コピー機、プリンタ等の用紙検出システム、踏切内等の障害物検出システムなどに適用することができる。
【００５６】
なお、上述した第１及び第２実施形態の物体検出システム、物体検出方法及び受光装置２０、４０においては、照射範囲が検出範囲Ｒを含む所定の照射範囲に固定されている光照射装置１０について説明した。しかしながら、光照射装置１０は検出範囲Ｒを含む範囲を照射可能であればよい。例えば、光照射装置１０またはその光源等が揺動、移動などを行うことにより、検出範囲Ｒを含む範囲を周期的に照射するものであってもよい。
【００５７】
また、受光部２２が可動鏡面Ｍ１からの反射光を固定鏡面Ｍ２を介して受光する受光装置２０、４０について説明した。しかしながら、受光部２２が可動鏡面Ｍ１からの反射光を直接受光してもよい。この場合、固定鏡面Ｍ２は設けられず、固定鏡面Ｍ２が設けられていた位置に受光部２２が設けられることになる。
【００５８】
また、可動鏡面Ｍ１が水平に位置可能であり揺動ミラー２６ａが水平軸を中心に揺動するとともに固定鏡面Ｍ２が水平に固定されており、受光装置２０、４０内の光路が上方から見て一直線である受光装置２０、４０について説明した。しかしながら、透過窓２８を透過した光が可動鏡面Ｍ１や固定鏡面Ｍ２を介して受光部２２に受光されるものであればよい。例えば、可動鏡面Ｍ１が横方向に傾斜して揺動ミラー２６ａの表面に固定されるとともに、固定鏡面Ｍ２がパッケージカバー２４の内側面に傾斜して固定されていてもよい。また、例えば、透過窓２８を可動鏡面Ｍ１の上方から横方向に設けて、検出範囲Ｒを受光装置２０から斜めの方向に設定してもよい。ただし、これらの場合、受光装置２０、４０の横幅が大きくなるという欠点がある。
【００５９】
また、可動鏡面Ｍ１を表面に有する光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａが一方向に揺動し、狭い幅の検出範囲Ｒを一次元的にスキャンする受光装置２０、４０について説明した。しかしながら、光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａが二方向等に揺動し、広い幅の検出範囲Ｒを二次元的にスキャンしてもよい。この場合、スキャン方法は、ラスタ型、十字型、スター型など任意に設計することができる。また、光偏向素子２６の揺動ミラー２６ａが一方向あるいは二方向等に回転するものであってもよい。
【００６０】
また、遮光部２１が検出範囲Ｒからの反射光を透過する透過窓２８の周囲を囲む遮光部材２９からなる受光装置２０、４０について説明した。しかしながら、遮光部２１は可動鏡面Ｍ１への入射光を検出範囲Ｒからの反射光に制限するものであればよい。例えば、可動鏡面Ｍ１を囲み検出範囲Ｒ側に広がる奥行きの狭い扇形状の遮光部材２９を設けてもよい。
【００６１】
また、可動鏡面Ｍ１と受光部２２との間に光が固定鏡面Ｍ２にてのみ反射される受光装置２０、４０について説明した。しかしながら、また、可動鏡面Ｍ１と受光部２２との間の光が固定鏡面Ｍ２以外の鏡面にて反射されるものであってもよい。また、可動鏡面Ｍ１と受光部２２との間の光が光ファイバ等を通過するものであってもよい。
【００６２】
また、光照射装置１０と受光装置２０、４０を別個に設けた物体検出システムについて説明した。しかしながら、光照射装置１０と受光装置２０、４０を一体化してもよい。
【００６３】
また、単一の細長い検出範囲Ｒを単一の受光部２２を有する装置にて検出する物体検出システムについて説明した。しかしながら、複数の並列する細長い検出範囲Ｒを複数の受光部２２にて検出することにより、広い幅の検出範囲Ｒを検出するようにしてもよい。例えば、複数の受光装置２０、４０を並列に配置して単一または複数の光照射装置１０にて照射された検出範囲Ｒを短冊状に検出してもよい。また、内部を遮光部材２９にて区切り複数の受光装置２０、４０を一体化した装置を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施形態における物体検出システムの構成を示す説明図。
【図２】受光装置の中心縦断面図。
【図３】図２のＩ−Ｉ線矢視断面図。
【図４】可動鏡面が水平でありＡ方向からの光のみを固定鏡面の方向に反射する状態における受光装置の中心縦断面図。
【図５】可動鏡面が左方向に傾斜しＣ方向からの光のみを固定鏡面の方向に反射する状態における受光装置の中心縦断面図。
【図６】可動鏡面が右方向に傾斜しＢ方向からの光のみを固定鏡面の方向に反射する状態における受光装置の中心縦断面図。
【図７】遮光部を設けた天板の下面図。
【図８】光偏向素子の圧電アクチュエータに印加する駆動電圧を示すグラフ。
【図９】光強度信号のレベル波形の一例を示すグラフ。
【図１０】本発明の第２実施形態における物体検出システムの構成を示す説明図。
【図１１】受光装置の水平断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０…光照射装置（光照射部）、２０…受光装置、２１…遮光部、２２…受光部、２３…パッケージ基板、２４…パッケージカバー、２５…天板、２６…光偏向素子、２６ａ…揺動ミラー、２６ｃ…圧電アクチュエータ、２７…パッド、２８…透過窓、２９…光電変換素子、３０…制御装置、３１…光照射手段、３２…揺動手段、３３…駆動回路、３４…検出手段、４０…受光装置、５０…制御装置、Ｍ１…可動鏡面、Ｍ２…固定鏡面、Ｒ…（全）検出範囲、ｒ…（微小な）検出範囲、Ｗ…物体。
【図１】
0005213526.tif 000002
【図２】
0005213526.tif 000003
【図３】
0005213526.tif 000004
【図４】
0005213526.tif 000005
【図５】
0005213526.tif 000006
【図６】
0005213526.tif 000007
【図７】
0005213526.tif 000008
【図８】
0005213526.tif 000009
【図９】
0005213526.tif 000010
【図１０】
0005213526.tif 000011
【図１１】
0005213526.tif 000012